輸送含固體顆粒液體用泵

    離心式雜質(zhì)泵的類型很多，應(yīng)根據(jù)含固體顆粒液體的性質(zhì)選擇不同類型的泵。

    應(yīng)用我國學(xué)者蔡保元先生提出的兩相流速度場來設(shè)計(jì)葉輪和流道，可以減少固液相之間的相對運(yùn)動(dòng)，減少固體對流道的撞擊磨損，從而使泵的效率提高，使用壽命延長，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。我國某泵廠制造的150MD離心式泥漿泵經(jīng)機(jī)械工業(yè)部鑒定可滿足電廠灰渣及選礦尾砂遠(yuǎn)距離輸送的需要。

  一、輸送含固體顆粒液體泵的性能修正[3]

  泵輸送含固體顆粒液體時(shí)，由于液體中含有一定量的固體顆粒，就形成了兩相流。懸浮在液體中的固體顆粒，既不能像液體那樣吸收，貯存或傳遞能量，又不能將其動(dòng)能傳遞給液體。使得泵揚(yáng)程較輸送清水時(shí)低，所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的固體含量、粒徑、密度等進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚�。需要說明的是：對于顆粒很小，固體物所有粒徑均小于100>m，重量濃度c。≤30％，體積濃度c，≤15％的“非沉降類"的均質(zhì)漿體，只要已知其動(dòng)力粘度，就可以用標(biāo)準(zhǔn)的粘性修正程序進(jìn)行修正。在輸送沉降類漿體時(shí)，其特點(diǎn)是：

①     揚(yáng)程和效率比輸送清水時(shí)的值下降同一個(gè)比率，即：

                    HR=ER=H_m/H=ηm/η

     式中HR、ER——分別為揚(yáng)程比和效率比；

            Hm、H——分別為漿體揚(yáng)程，漿體柱(m)和清水揚(yáng)程，mHz0；

            ηm、η——分別為泵送漿體和清水時(shí)的效率。

  ②佳效率點(diǎn)不變。

  ③揚(yáng)程與效率比與流量無關(guān)。

  根據(jù)漿體的重量濃度cw、固體顆粒相對密度p，中值粒徑d。o，可由圖2—86查出揚(yáng)程比HR來，同樣也可由公式(2-49)計(jì)算得出：HR=1-0.000385(ρ-1)(1+4/ρ)CWln(d50/0.0227)式中中值粒徑(d。。)是指試樣篩分時(shí)累積重量為50％的顆粒粒徑(mm)，它保證比該粒徑大的顆粒和小于該粒徑的顆粒的重量份額相同。

    已知HR和H。，就可用式(2—48)計(jì)算泵的清水揚(yáng)程。通常在選泵時(shí)還要考慮一定的裕量，一般該裕量取額定揚(yáng)程的10%。   

    二、雜質(zhì)泵的結(jié)構(gòu)   

    雜質(zhì)泵是用于輸送含有固體顆粒的液體，要求泵的過流部件耐磨蝕、為防止固相結(jié)晶堵塞，葉輪的葉片數(shù)較少，通常在2-8片之間(參見圖2-82圖2—85)。泵體常采用較寬的流道。為防止固體顆粒進(jìn)入軸封和防止外部空氣流入，軸封處采用清液作為封液，并要求軸封結(jié)構(gòu)可靠。泵的轉(zhuǎn)速一般不高，通常為1000-1500r／min。相應(yīng)地，泵的效率也較低。

    (1)葉輪和泵體設(shè)計(jì)    

    一般雜質(zhì)泵的葉輪用平行蓋板，漿體進(jìn)入葉輪后，在出口處由中心向兩側(cè)形成外旋渦，使葉輪的前后蓋板和內(nèi)襯嚴(yán)重磨損，這是造成過流部件壽命短的主要原因。沃曼泵設(shè)計(jì)的葉輪在出口處形成凹形(參見圖2-87、圖2-88)，使葉輪兩側(cè)前后蓋板處的速度大于中間速度，漿體在出口處分成兩股流體，向中心旋轉(zhuǎn)，迫使顆粒向中心流動(dòng)造成內(nèi)旋渦狀，使兩側(cè)的濃度降低，從而減輕了泵體流道和兩側(cè)壁的磨損。  

    (2)液下泵

    液下泵的特點(diǎn)是占地小，無軸封，不會產(chǎn)生泄漏。典型的液下泵見圖2—89。該泵設(shè)有液下軸承，軸可以設(shè)計(jì)得較長。液下軸承通常采用泵送液體自身潤滑。當(dāng)介質(zhì)含固體顆粒時(shí)，會產(chǎn)生磨蝕，使軸承的間隙加大引起振動(dòng)，所以僅適用于輸送清液的場合。當(dāng)輸送含固體顆粒液體時(shí)，會降低使用時(shí)間。合理的結(jié)構(gòu)是在泵底板上，采用兩個(gè)軸承支撐，取消液下軸承。磷酸料漿泵即采用這種懸臂式結(jié)構(gòu)(參見圖2-90、圖2-91)。由于葉輪磨蝕不均勻，轉(zhuǎn)子不平衡度增加，通常在設(shè)計(jì)軸時(shí)，其強(qiáng)度和剛度都要取得較富裕些，將軸徑設(shè)計(jì)得粗一些。懸臂式液下泵常采用剛性軸，為避開軸的臨界轉(zhuǎn)速，懸臂泵軸一般不宜過長，否則需加粗。此外液下泵的轉(zhuǎn)速也選用低速型較好。

  

    (3)密封

    離心雜質(zhì)泵主要有填料密封、副葉輪密封和機(jī)械密封等軸封型式。副葉輪密封的大優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠，但在設(shè)計(jì)中要求副葉輪的進(jìn)口壓力控制在一定范圍內(nèi)，沃曼泵規(guī)定應(yīng)小于10％的泵出口壓力。這種軸封型式不加軸封水，但使用副葉輪將增加功率消耗，一般為額定功率的5％左右。副葉輪必須與停車密封配合使用，常用的停車密封也為填料密封。

    填料密封價(jià)格便宜，可靠性高，但在輸送含固體顆粒液體時(shí)，必須加軸封水沖洗。一般軸封水壓等于泵出口壓力加35kPa。

    機(jī)械密封雖是一種廣泛應(yīng)用的密封形式，但在防止固體顆粒進(jìn)入摩擦副及摩擦副材質(zhì)的選擇等方面，有些問題一時(shí)難以解決。在大多數(shù)應(yīng)用場合，效果也不理想。

    圖2-92為從國外引進(jìn)的磷酸裝置用泵的軸封，采用副葉輪密封加離心塊停車密封，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于葉輪背葉片、副葉輪均在旋轉(zhuǎn)，液體在離心力作用下形成液環(huán)，在副葉輪輪轂處產(chǎn)生負(fù)壓，使液體不會外泄。與此同時(shí)，離心塊8在離心力作用下像傘一樣打開，推動(dòng)執(zhí)行器4使之產(chǎn)生軸向位移。使密封環(huán)6與靜環(huán)座5脫開，靜密封不起作用，但彈簧3被壓縮。當(dāng)泵停車時(shí)(見圖2-93)，離心塊復(fù)位，執(zhí)行器4、密封環(huán)6與靜環(huán)座5在彈簧力作用下緊密接觸，使靜密封處閉合封住液體，使液體不外漏。這套密封裝置雖然要消耗功率，使泵效率下降1％"-2％，但它允許采用較大的密封間隙，在密封含有固體顆粒的介質(zhì)時(shí)，能做到無泄漏，使用時(shí)間長，密封可靠。

    (4)材料

    雜質(zhì)泵過流部件可選用的材料較多，應(yīng)根據(jù)輸送漿體的物理性質(zhì)(顆粒組成、粒徑、形狀、硬度、濃度等)和化學(xué)性質(zhì)(酸、堿、油)而定。研究表明：金屬的磨損與固體顆粒(磨粒)的速度成正比；金屬的磨損率隨磨粒尺寸的增加而增加，即磨粒愈細(xì)，則磨蝕性愈小。金屬

的磨損率還隨著磨粒硬度和濃度的增加而增大。

    耐磨蝕泵的金屬材料有：硬鎳l#，硬鎳4#，鉻27耐磨鑄鐵及Cr15M03。襯膠泵有大速度的限制，超過此速度，磨粒就要切割橡膠，主要適用于無尖銳棱角的細(xì)微粒。橡膠有良好的耐磨蝕、耐腐蝕性能，常用的有天然橡膠和氯丁橡膠等。

  對于強(qiáng)腐蝕性漿液，還可選用其它不銹鋼，如304、316和20號合金等，需與泵廠協(xié)商

解決。

 

    表2—38 CD4MCu和20號合金的化學(xué)成分    ％

 

表2—39 CD4MCu和20號合金室溫下的力學(xué)性能

 

    N型泵用材為：硬鎳l號、2號，適用于粗顆粒，有較好的抗磨蝕性；硬鎳4號對大顆粒、高應(yīng)力抗沖擊磨蝕能力較強(qiáng)；Cr26、Cr28有較好的抗磨蝕、抗腐蝕能力；高碳15—2、低碳15-2屬Crl5M03的改良品種，其抗磨蝕能力更強(qiáng)。

    (5)傳動(dòng)方式

    雜質(zhì)泵的傳動(dòng)方式有直聯(lián)(彈性聯(lián)軸器、液力偶合器)和間接傳動(dòng)(V帶、減速機(jī))，此

外還可通過變頻裝置及可控硅裝置調(diào)速。其中彈性聯(lián)軸器和V帶傳動(dòng)拆裝方便，價(jià)格便宜，應(yīng)優(yōu)先考慮采用。

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